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SB-CPTH+八位、十六位計算機組成原理與系統結構實(shí)驗箱
一、系統簡(jiǎn)介
計算機組成原理與系統結構實(shí)驗箱 CPTH+是我公司吸收了國內先進(jìn)的計算機組成原理實(shí)驗儀的優(yōu)點(diǎn),研制開(kāi)發(fā)的一款八位、十六位兼容設計的計算機組成原理和系統結構實(shí)驗儀，系統由八位機主板和十六位機擴展實(shí)驗板組成，主板以八位機模式，用TTL74系列器件加多片在線(xiàn)可編程CPLD構建模型機部件，大大提高了實(shí)驗系統可靠性和二次開(kāi)發(fā)的靈活性,讓學(xué)生以可視方式觀(guān)察CPU內各部件工作過(guò)程和模型機的實(shí)現。擴展實(shí)驗板以十六位機模式，用12萬(wàn)門(mén)EP1C6芯片構建模型機所有部件，并配置64K×16位存儲器，通過(guò)VHDL語(yǔ)言編程，可設計16位機的部件和模型機，學(xué)生將設計好的電路下載到FPGA芯片上，實(shí)現16位機的部件和模型機功能；也可完成其它設計性實(shí)驗和課程設計實(shí)驗。在對八位機了解的基礎上，讓學(xué)生對十六位計算機組成原理有更深刻的理解，實(shí)現質(zhì)的飛躍，為FPGA設計CPU打下堅實(shí)基礎。滿(mǎn)足不同層次的教學(xué)的需求。系統軟件提供了詳盡的信息窗口、運行圖表和多類(lèi)幫助信息,使教學(xué)的過(guò)程輕松自如。
二、系統特點(diǎn)
（1）先進(jìn)的硬件設計，充分展示計算機結構模型，每個(gè)模塊均有數碼管實(shí)時(shí)監視，模塊間線(xiàn)條明快，數據/指令流向一目了然。
（2）完善的硬件配置，實(shí)驗電路以分立器件為主，同時(shí)配備CPLD，支持部分模塊的重構。
（3）開(kāi)放的軟硬件設計，支持用戶(hù)新建指令/微指令的系統設計。
（4）控制器的有機結合，只需撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，就可實(shí)現微程序或組合邏輯控制的切換。
（5）提供多種工作方式，支持手動(dòng)、脫機、聯(lián)機。
（6）提供三總線(xiàn)接口和鎖緊插座，支持I/O擴展。
（7）提供多種指令系統，支持基本模型機、指令流水線(xiàn)、RISC模型機實(shí)驗。
（8）強大的指令功能，支持多種尋址方式和中斷、子程序調用等。
（9）豐富的調試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能。
（10）提供聯(lián)機調試軟件，自帶編譯器、支持匯編語(yǔ)言源程序調試，圖形化動(dòng)態(tài)顯示計算機結構模型的數據/指令流向,操作歷史記錄狀態(tài)顯示，方便用戶(hù)查找歷史記錄。
（11）提供30路邏輯分析波形圖（示波器）,可讓學(xué)生在實(shí)驗時(shí)實(shí)時(shí)地觀(guān)測到指令與時(shí)序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。
（12）實(shí)驗儀提供LCD液晶顯示，通過(guò)實(shí)驗儀或PC機鍵盤(pán),在線(xiàn)動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計數器、程序/微程序存貯器的內容。
（13）系統可選配十六位擴展卡，可做十六位的組成原理實(shí)驗。該十六位擴展卡提供示例程序。數據和地址均為十六位，是真正的16位機。十六位機特點(diǎn)：
1、AT89S52單片機，主要用于接收PC機命令，完成16位程序存儲器讀寫(xiě)，管理模型機運行、暫停等功能。
2、ISPLSI1032E是邏輯控制芯片，負責單片機和模型機總線(xiàn)切換。
3、EP1C6是模型機主控芯片，相應管腳已連好，IDC2是EP1C6芯片的下載接口，再配合FPGA實(shí)驗板的PC機調試軟件，可方便地進(jìn)行各種實(shí)驗。
4、IDT71V016是64K×16位存儲器，是模型機的程序存儲器，能保存大容量程序。
5、四位8段數碼管，用于顯示模型機內部寄存器、總線(xiàn)的值，在設計時(shí)可將需要觀(guān)察的內部寄存器、總線(xiàn)值送A，再通過(guò)OUT指令送到數碼管顯示。兩只GAL16V8是四位數碼管16進(jìn)制譯碼。
6、L7～L0是8個(gè)發(fā)光二極管，用于顯示模型機內部狀態(tài)，例如：進(jìn)位標志、零標志、中斷申請標志等。
7、K0（7…0）～K4（7…0）是40個(gè)開(kāi)關(guān)，用于輸入外部信號，例如，在做單步實(shí)驗時(shí)，這些開(kāi)關(guān)可用來(lái)輸入地址總線(xiàn)值、數據總線(xiàn)值、控制信號等。
8、 EP1C6 右方的EX1座表示38 個(gè)擴展的IO 信號,當實(shí)驗中需要另外的輸入輸出腳時(shí)可以使用這些擴展腳。
9、提供FPGA實(shí)驗板和PC機調試軟件。
（14）系統可保存文件和調入文件，并提供PC機下載。
三、系統組成
系統由實(shí)驗主板、仿真調試軟件、內置開(kāi)關(guān)電源組成。
配有USB和串口兩種通信方式，用戶(hù)可以根據需要切換開(kāi)關(guān)選擇任何一種。
實(shí)驗主板有：累加器A，暫存器W，運算器ALU，直通D/左移L/右移R單元，寄存器組R0-R3，中斷向量IA，堆棧ST，程序計數器PC，地址寄存器MAR，輸入IN，輸出OUT，存貯器EM，微地址UPC，指令寄存器IR，微程序控制器uEM，組合邏輯控制單元，三總線(xiàn)接口，40芯鎖緊擴展座、二進(jìn)制開(kāi)關(guān)電平輸出/顯示，邏輯筆、管理單片機89S52、4×6鍵盤(pán)，字符式LCD，RS232/USB通訊接口，十六位機擴展接口， 通信選擇開(kāi)關(guān)。
四、實(shí)驗項目
（1）寄存器讀寫(xiě)實(shí)驗
（2）運算器八種運算實(shí)驗
（3）數據輸出/移位實(shí)驗
（4）UPC實(shí)驗
實(shí)驗1：UPC加1實(shí)驗
實(shí)驗2：UPC打入實(shí)驗
（5）PC實(shí)驗
實(shí)驗1：PC加1實(shí)驗
實(shí)驗2：PC打入實(shí)驗
（6）存貯器讀寫(xiě)實(shí)驗
（7）微程序讀寫(xiě)實(shí)驗
（8）中斷實(shí)驗
（9）模型機綜合實(shí)驗（微程控制器）
實(shí)驗1：數據傳送/輸入/輸出實(shí)驗
實(shí)驗2：數據運算實(shí)驗（加/減法/或）
實(shí)驗3：移位/取反實(shí)驗
實(shí)驗 4：轉移實(shí)驗
實(shí)驗 5：調用實(shí)驗
實(shí)驗 6：中斷實(shí)驗
實(shí)驗 7：指令流水實(shí)驗
實(shí)驗 8：RISC模型機
(10) 組合邏輯控制器實(shí)驗
(11) 設計指令/微指令系統.
(12) 擴展實(shí)驗
實(shí)驗1：8255擴展I/O口實(shí)驗
實(shí)驗 2：8253擴展定時(shí)器實(shí)驗
注：實(shí)驗（1）…（8）為手動(dòng)微代碼控制，（9）…（12）為微程序或組合邏輯控制.
